Borlu alev geciktiriciler

Borlu bileşikler alev geciktirici olarak kullanıldıklarında çevre dostudurlar. Toksik gaz salınımına neden olmaz-lar. Düşük uçuculuk değerine sahiptirler. Borlu alev ge-ciktiriciler polimer zincir oksidasyonu için bariyer göre-vi gören camsı koruma tabakasının oluşumuna neden olur. Yanan malzemenin üzerini oksijenle temasını ke-secek şekilde kaplayarak yanmayı bastırırlar.

Borlu bileşiklerin alev geciktirici olarak kullanımı konu-sunda çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Sadowska ve diğerleri; çalışmalarında boru, poliüretan ve polii-zosiyanürat köpüklerin hazırlanmasında kullanarak, borun bu köpükler üzerinde alev geciktirici etkisi oldu-ğunu gözlemlemiştir [6]. Akarslan borik asitin pamuklu kumaştaki alev geciktirici özelliğini incelemiş ve borik asitin pamuklu kumaştaki gerilme mukavemetini azalt-tığını ve alev geciktirme özelliğini artırdığını gözlemle-miştir [7].

Yapılan çalışmalar borlu bileşiklerin etkili alev geciktiri-ci özelliğine sahip olduklarını göstermektedir.

3.1. Borat bileşikleri

Borat bileşikleri; alev geciktirici, duman bastırıcı, ko-rozyon geciktirici olarak polimerlerde ve kaplamalarda, halojenli polyester ve naylonlarda, kablolarda, yanma-ya dayanma-yanıklı boyanma-yalarda, kumaşlarda, elektrik/elektro-nik parçalarda, yanmaya dayanıklı halı kaplamalarda, otomobil/uçak iç aksamlarında, tekstil ve kağıt en-düstrisinde kulanılır. Yüksek dehidrasyon sıcaklığına sahip olduğu için yüksek sıcaklıklara dayanıklı plastik malzemelerin imalatında yaygın olarak kullanılır. Diğer alev geciktiricilerle karşılaştırıldığında çok daha etkili bir duman bastırıcı olması ve diğer alev geciktiricilere göre daha ucuz olması sebebiyle kulanımı gün geçtik-çe artmaktadır. Çinko boratın halojen igeçtik-çeren ve igeçtik-çerme- içerme-yen sistemlerde alüminyum hidroksit ve magnezyum

hidroksit ile birlikte kullanılma özelliğine sahip oluşu diğer alev geciktiricilerle farklı uygulamalarda kombine kullanımı çinko borat talebini daha fazla arttırmaktadır.

Çinko borat, alev geciktirici olarak kullanılmasının dı-şında, mantar ve böcek öldürücü olarak ahşap aksam-ların korunmasında, bor silikat cam hammaddesi ve seramik sanayiinde ergime noktasını düşürücü olarak da kullanılabilmektedir. Çinko boratın diğer alev ge-ciktiricilere göre bazı avantajları vardır. Çinko borat;

duman emisyonunu azaltma yeteneğine sahiptir ve kömürleşmeyi çabuklaştırmaktadır. Çok çeşitli sayıda plastikte, etkili alev geciktirici olarak kullanılır, borun varlığı çinko boratı etkin bir alev bastırıcı yapar, anti-mon ile birlikte kullanıldığında yüksek dereceli bir alev geciktirici özelliğe sahiptir, antimon trihidroksit ile birlik-te kullanılarak duman bastırma özelliği kuvvetlendirilir.

Boyama (renk verme) kuvveti zayıftır, elektriksel özel-likleri iyileştirir, metallerle plastikler arasında yapışma özelliğini arttırır. Zehirli özelliğe sahip olmadığından, reçinelere ilave edilmeleri esnasında özel aletlere ih-tiyaç yoktur. Nem absorplamaz ve suda çözünmez [8].

Formicola ve diğerleri; çinkoboratın alev geciktirme etkisi üzerinde çalışmıştır. Çalışmalar sonucunda çin-koboratın toplam ısı salınımını ve duman üretim hızı-nı azalttığı görülmüştür [9]. Ishii ve diğerleri; kalsiyum boratın alev geciktirici özelliği üzerine çalışmalar yap-mış ve küçük miktarlarda kalsiyum boratın katılma-sının epoksi kalıplama bileşiklerinde alev geciktirici etki yaptığını gözlemlemiştir [10]. Kaynak ve diğerleri, çinko borat, bor oksit ve borik asitin polietilen temel-li kablo yalıtım malzemelerinde alev geciktirici olarak kullanılabilirliğini incelemiştir. Yapılan analizler sonu-cunda alüminyum hidroksitin bor bileşikleriyle yer de-ğiştirmesi çoğu alev geciktirici parametrelerinde artışa neden olabildiği görülmüştür [11]. Schartel ve diğerle-ri; melamin boratın epoksi reçinelerde alev geciktirici özelliğini incelemiştir. Melamin borat ilavesinin, LOI (Limiting Oxygen Index) değerinde bir artışa neden olduğunu, dolayısıyla alev geciktirme özelliğini arttırdı-ğı sonucuna varılmıştır [12]. Zhang ve diğerleri; borik asit, çinko borat ve amonyum boratın yünlü kumaşta alev geciktirici özelliğini incelemişlerdir. Yapılan analiz-ler sonucunda kaplama ısı yalıtım bariyeri gibi davran-dığı karbon kalıntısının arttığı ve alevin yayılmasının yavaşladığı görülmüştür. Borlu bileşiklerin yünlü ku-maşlarda alev geciktiriciliği ve termal dayanımı arttığı sonucuna varılmıştır [13]. Gürü ve diğerleri; çinko bo-ratı boyada katkı maddesi olarak kullanarak aleve ve sıcağa dayanıklı boya üretim yöntemi geliştirmişlerdir [1]. Atalay; magnezyum borat katkılı boyanın alev ge-ciktirici özelliğini incelemiş. Magnezyum boratın, boya-nın alev geciktirme etkisini arttırdığı gözlenmiştir [14].

Garba ve diğerleri; çinko boratın bazı tropikal odun-lar üzerinde alev geciktirici oodun-larak etkisini araştırmış-tır. Yapmış olduğu çalışmada, bazı tropikal odunlara termal karakterlerine göre çinko borat aşılanmasının sonuçları verilmiştir. Bu davranışın bir sonucu olarak, alev yayılma hızları, parlaklık sonrası süresi ve alev sıcaklığı şiddetlice azaltılır [15].

Yılmaz Aydın D. ve ark. / BORON 1 (1), 33 - 39, 2016

Isı etkisi altında çinko borat camsı faza dönüşerek yalıtkan bir bariyer oluşturmakta ve yanmayı engelle-mektedir. Çinko borat ve alüminyum trihidroksit birlikte kullanımda, daha yüksek sıcaklıklarda bile malzeme-nin mekanik ve elektrik özelliklerini korumasını sağla-dığından, özellikle kablo üretiminde sıkça tercih edilen bir yöntemdir [5].

Mekanokimyasal yöntemle sentezlenen susuz çinko boratın DSC-TGA grafikleri Şekil 2 ve Şekil 3’te veril-miştir.

Şekil 2. Susuz çinko boratın DSC grafiği [5]

Şekil 3. Susuz çinko boratın TGA [5]

Şekil 2’de verilen DSC grafiği incelendiğinde endoter-mik olarak kristal suyu 400 °C ‘da bıraktığı düşünül-mekte, bunun dışında oldukça kararlı bir yapısı olduğu tespit edilmiştir. Yine aynı grafik incelendiğinde 700 °C

’de ekzotermik bir reaksiyon meydana geldiği tespit edilmiştir ve buradan hareketle sinterleme sıcaklığı, 700 °C olarak belirlenmiştir. Bu reaksiyon neticesinde Şekil 3’teki TGA grafiğinde yapılan ölçümlerde yak-laşık % 2,6 ‘lık bir kütle kaybı meydana geldiği tes-pit edilmiştir. Şekil 2 ve Şekil 3’te verilen DSC – TGA grafiklerinden de görüldüğü gibi 900 °C ‘a kadar çinko borat pigmentinde önemli bir ayrışma meydana gel-mediği görülmemektedir.

Yaş yöntemle sentezlenen çinko boratın DSC-TGA grafikleri Şekil 4 ve Şekil 5’te verilmiştir.

Şekil 4. Sulu çinko borat pigmenti DSC grafiği [5]

Şekil 5. Sulu çinko borat pigmenti TGA grafiği [5].

TGA – DSC grafikleri incelendiğinde 100 – 175 °C sıcaklıkları aralığında endotermik bir reaksiyon ger-çekleştiği ve bu noktada % 2,3 ’lük bir kütle kaybının olduğu tespit edilmiştir. Bu kayıp pigmentin bileşiğinde bulunan bağlı kristal suyun uzaklaşması olarak tanım-lanabilir. Şekil 4 ‘te verilen DSC analizi incelendiğinde herhangi bir biçimde çinko borat pigmenti yönünden parçalanma söz konusu değildir.

LOI (Limiting Oxygen Index) test metodu malzemele-rin alevlenebilirliği ve yanma karakteristiklemalzemele-rini görme açısından en iyi test metotlarından birisidir. LOI değe-ri, bir materyalin havada yanmaya devam etmesi için gereksinim duyduğu % oksijen miktarı anlamına gel-mektedir. Yüksek LOI değeri standart atmosfer ortam-larında o malzemenin daha zor yanma karakteristiğine sahip olduğunu göstermektedir.

Yapılan bir çalışmada ise bir malzemenin alev gecikti-rici olarak nitelendirilebilmesi için, deneysel limit % 28 LOI oranıdır ve sonuçta bütün numunelerinin bu sınır-lamayı sağladığını ve ayrıca yine bu çalışmada, alev geciktirici pigmentlerin LOI değerleri üzerinde belirgin bir etkisi olduğunu göstermiştir [16].

Yılmaz Aydın D. ve ark. / BORON 1 (1), 33 - 39, 2016

Resim 1. LOI Test Cihazı

Yapılan çalışmada çinko borat katkılı boya tahta nu-munelerine uygulanmış ve LOI testine tabi tutulmuş-tur. İşlem görmemiş tahta parçasının alev testinde % oksijen konsantrasyonu yapılan deneyler neticesinde

%23,7 olarak tespit edilmiştir. Hazırlanan çinko borat katkılı yüksek sıcaklık boyası ile kaplanan tahta parça-sında ise LOI değeri % 55 oksijen konsantrasyonunun üzerinde çıktığı belirlenmiştir.

Resim 2. %45, %50, %55 oksijen konsantrasyonu ile yakılan nu-muneler

Yapılan çalışmada çinko borat katkılı silikon bağlayıcı-lı yüksek sıcakbağlayıcı-lık boyası ile boyanan pamuklu kumaş parçasında LOI değeri belirlenmiştir. Pamuklu kumaş için % oksijen konsantrasyonu %19,39 olarak bulun-muştur. Silikon esaslı bağlayıcı ile üretilmiş çinko bo-rat katkılı yüksek sıcaklık boyası ile boyanan pamuklu kumaş numunesindeki % oksijen konsantrasyonu ise

%42,43 şeklinde belirlenmiştir. Böylece kolay yanan pamuklu kumaşın oldukça yüksek oksijen konsant-rasyonlarında dahi yanmazlık özelliği kazandığı görül-müştür [17].

Yapılan bir diğer çalışmada mekanokimyasal yöntem-le magnezyum borat sentezyöntem-lenmiştir. Magnezyum bo-rat katkılı silikon esaslı bağlayıcı ile hazırlanan yük-sek sıcaklık boya numunesi hazırlanmıştır. Bu amaçla LOI test cihazında ölçümler yapılmıştır. ISO 4589-2 (TS11162-2) test standardı ile numuneler hazırlanmış, limit oksijen değerleri belirlenmiştir. Test standartlarına göre hazırlanan tahta numuneler silikon esaslı yüksek sıcaklık boyasıyla, fırça ile tatbik edilerek hazırlanıp oda sıcaklığında 12 saat kurutulmuştur. % 35 oksi-jen konsantrasyonda rotametrede O₂ ve N₂ akış hızı değerleri ayarlanıp numune yakılmıştır. Numunenin yanmadığı tespit edilmiştir. % 39 oksijen konsantras-yonunda numune yakılmıştır ve bu konsantrasyon de-ğerlerinde yanma meydana gelmiştir. İşlem görmemiş halde iken tahta parçasının yapılan alev testinde % oksijen konsantrasyonu %22 olarak tespit edilmiştir.

Hazırlanan yüksek sıcaklık boyası ile kaplanan tahta parçasında ise LOI değeri % 39 oksijen konsantrasyo-nunda olduğu belirlenmiştir [14].

Resim 3. Magnezyum borat katkılı boya ile hazırlanan ahşap nu-mune

3.2. Floroborat bileşikleri

Yaygın kullanılan floroborat tuzları floroborik asitin metal oksit, hidroksit veya karbonatlar ile etkileşme-sinden hazırlanabilir. Katı floroborat tuzları ısıtma ile bozunur, bor triflorüre dönüşür. Floroborat tuzları aynı zamanda bor triflorürün bir metal florür ile susuz bir ortamda, inert çözgende (HF, BrF₃, SO₂) tepkimesi ile hazırlanabilir. Erimiş alkali-metal ve amonyum florobo-ratlar, askeri amaçlı kullanılan metal oksitler için iyi bir çözgendir. Lityum florür ve sodyum floroborat karışı-mı nükleer reaktörde soğutucu olarak ve fisyona uğ-rayabilen malzemeler için bir çözgen olarak kullanılır.

Amonyum floroboratın nitro bileşikleri karışımları pat-layıcı olarak kullanışlıdır. Alkali metal floroboratlar ve floroborik asitler polimerizasyon reaksiyonlarında ve organik sentezde katalizör olarak kullanılırlar. Lityum floroborat; lityum-sülfür pillerinde bir elektrolit olarak kullanılır. Floroboratlar genelde tranzisyon metal kim-yasında koordine olmayan anyonların gerekli olduğu yerlerde kullanılır. Tranzisyon metal floroboratlarin

ön-Yılmaz Aydın D. ve ark. / BORON 1 (1), 33 - 39, 2016

celikli kullanımı elektro kaplamalardır. Floroborat an-yonu elektrokimyasal olarak inerttir ve floroboratların bazı çözeltileri iyi derecede iletkendir. Floroborat çö-zeltilerinden kaplanan metaller arasında Cd, Cu, Fe, Pb, Ni, Ag, Zn ve Sn vardır [18].

Floroborat bileşikleri genel olarak; kaplama çözeltile-rinde, birçok polimerik reaksiyonda ve organik sentez-de katalizör olarak, tekstil sanayinsentez-de alev geciktirici olarak, buruşmazlık apresi reçinelerinde kür kimyasalı olarak ve optik camlarda kullanılmaktadır [18].

Ceyhan; amonyum floroborat üretim şartlarını belirle-yerek, amonyum floroboratın yangına dayanıklı malze-me üretiminde kullanılabilirliğini incelemiştir. Analizler sonucunda amonyum floroboratın katıldığı malzeme üzerinde oldukça güçlü bir alev geciktirici etkiye sahip olduğunu gözlemlemiştir [19].

Yapılan çalışmada LOI testleri için farklı derişimlerde çinko floroborat çözeltileri (%30, %50, %60 ) hazır-lanmış, temin edilen çadır kumaşlarına emdirilmiştir.

Kullanılan kumaşlar Türk Kızılayından temin edilmiştir.

Tablo 1. LOI testinde kullanılan kumaşın özellikleri

Resim 4. LOI testi için kullanılan kumaş örnekleri

Dynisco marka cihazda %30, %50, %60 konsantras-yona sahip çinko floroborat çözeltisi emdirilmiş kumaş numuneleri test edilmiştir. Rotametre değerleri O₂ ve N₂ için ayarlanıp yakma işlemi yapılmıştır. Konsantras-yon değeri %50 olan çözelti, emdirilmiş kumaş numu-nesi verilebilecek maksimum oksijen konsantrasyo-nunda LOI değeri 55 olacak şekilde ayarlanmış cihaz alevi yaklaşık 60 s sürekli olarak uygulanmıştır bu durumda kumaşta ilerleyen bir yanma görülmemiştir.

LOI değerinin %55 değerinin oldukça üstünde olduğu görülmüştür. %60 konsantrasyona sahip numunenin de LOI değerinin, beklenildiği gibi %55’ in üzerinde ol-duğu görülmüştür. Kritik oksijen indeksi, malzemenin

havada yanmaya devam edebilmesi için ihtiyaç duy-duğu % oksijen miktarı olarak tanımlanabilir. LOI de-ğerinin yüksek olması standart atmosfer şartları altın-da malzemenin altın-daha zor yanma karakteristiğine sahip olduğunu gösterir. Bu değer çinko floroboratın oldukça etkili bir alev geciktirici olduğunu göstermektedir.

4. Sonuçların değerlendirilmesi ve öneriler